虚假数据注入攻击下信息物理系统的安全控制研究
发布时间：2021-08-01 09:49
信息物理系统（Cyber Physical System,简称CPS）由于感知层的传感器节点部署的随机性以及数据交互无线通讯信道的开放性,导致系统容易受到网络攻击的威胁,如虚假数据注入攻击（False Data Injection,简称FDI）。本文针对虚假数据注入攻击下信息物理系统的安全控制问题展开研究,具体内容如下:首先,考虑信息物理系统状态估计场景,假设系统内部基于残差的检测算法检测数据的异常行为,提出一种新颖的FDI攻击策略,即数据重新排序攻击策略。当系统内部存在卡方检测机制监测数据异常行为时,攻击者可以使用该策略,能够在不被探测机制发现的情况下改变数据包的排列顺序,进而影响状态估计的精度。除此之外,给出了估计误差协方差的演化过程,分析了遭受攻击时系统性能的下降。同时利用终端估计误差协方差作为性能指标,得到了最佳攻击策略的充分条件。其次,针对FDI攻击对CPS的影响,本文通过建立网络攻击模型,提出一种卡方检测和相似性检测相结合的检测方法。利用卡尔曼滤波器对系统的状态变量进行估计,并将估计值通过卡方检测器和相似性检测器与系统的观测值进行比较,从而判定是否有攻击发生。卡方检测可以检...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
过程稳定仿真图
图 3.3 过程不稳定仿真图章小结 的发展正面临许多困难与挑战，本文考虑 CPS 的状态估计场景的数据重新排序的 FDI 攻击策略，由于不需要系统参数的知识通过劫持网关很容易实现。本文所设计的 FDI 攻击策略，通过数据包排列顺序，破坏传输数据的完整性，因为修改后的更新值值kz 遵循相同的高斯分布 N (0, )，所以可以避免2 虚假数据检导致系统失去稳定性。同时给出了远程估计误差协方差在攻击分析了系统性能的下降。为了能够更好的体现出所设计的攻击不良影响，本文以终端估计误差协方差作为性能指标，证明了列更新值序列是最佳的攻击策略，使得终端估计误差协方差最的状态估计性能。
0以得到系统稳态下，卡尔曼滤波器的增益0.5939 0.06940.0694 0.9161K ，可以得到增益L 1 .0285 0 .6180 。检测系统是否受到恶里得度量公式(2.12)和余弦相似性公式(2.13)，可以得到欧氏距大小，依据提出的检测方法，选出欧氏距离和余弦相似性综合检测标准，并比较 与阈值的大小。因为考虑系统动态模型，所以当状态变量变化较大时，说明系统已经受到恶意攻击或此，为了尽可能的避免错误的报警，设置一个适当的阈值是尤为8]和文献[62]中的卡方检测表以及随机的干扰，结合 4.4.1 节阈取，设定的阈值为 2.6。.6 表示系统没有受到虚假数据注入攻击时的检测情况，从图中 g k 一直是处在阈值以下的。图4.7 为系统遭受 FDI 攻击时系值的综合指数 的变化曲线，显而易见，与系统不存在攻 大于预设的阈值，验证了本文所提出的攻击检测方法可以在虚假数据注入攻击的入侵行为。
【参考文献】：
期刊论文
[1]智能电网信息安全防御体系与信息安全测试系统构建 乌克兰和以色列国家电网遭受网络攻击事件的思考与启示[J]. 李中伟,佟为明,金显吉. 电力系统自动化. 2016(08)
[2]信息物理融合系统研究综述[J]. 王中杰,谢璐璐. 自动化学报. 2011(10)
[3]电力系统动态状态估计算法研究[J]. 陈焕远,刘新东,佘彩绮. 科学技术与工程. 2011(25)
[4]无迹卡尔曼滤波及其平方根形式在电力系统动态状态估计中的应用[J]. 卫志农,孙国强,庞博. 中国电机工程学报. 2011(16)
[5]混合量测下基于UKF的电力系统动态状态估计[J]. 李大路,李蕊,孙元章. 电力系统自动化. 2010(17)
[6]基于综合预测和自适应滤波器的电力系统动态状态估计[J]. 韩力,韩学山,陈芳. 电工技术学报. 2008(08)
博士论文
[1]智能电网配用电信息接入与负载调度研究[D]. 邓瑞龙.浙江大学 2014
[2]基于一致性的无线传感器网络时钟同步算法研究[D]. 何建平.浙江大学 2013
[3]无线传感器/执行器网络的体系结构与算法研究[D]. 曹向辉.浙江大学 2011
本文编号：3315301
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
过程稳定仿真图
图 3.3 过程不稳定仿真图章小结 的发展正面临许多困难与挑战，本文考虑 CPS 的状态估计场景的数据重新排序的 FDI 攻击策略，由于不需要系统参数的知识通过劫持网关很容易实现。本文所设计的 FDI 攻击策略，通过数据包排列顺序，破坏传输数据的完整性，因为修改后的更新值值kz 遵循相同的高斯分布 N (0, )，所以可以避免2 虚假数据检导致系统失去稳定性。同时给出了远程估计误差协方差在攻击分析了系统性能的下降。为了能够更好的体现出所设计的攻击不良影响，本文以终端估计误差协方差作为性能指标，证明了列更新值序列是最佳的攻击策略，使得终端估计误差协方差最的状态估计性能。
0以得到系统稳态下，卡尔曼滤波器的增益0.5939 0.06940.0694 0.9161K ，可以得到增益L 1 .0285 0 .6180 。检测系统是否受到恶里得度量公式(2.12)和余弦相似性公式(2.13)，可以得到欧氏距大小，依据提出的检测方法，选出欧氏距离和余弦相似性综合检测标准，并比较 与阈值的大小。因为考虑系统动态模型，所以当状态变量变化较大时，说明系统已经受到恶意攻击或此，为了尽可能的避免错误的报警，设置一个适当的阈值是尤为8]和文献[62]中的卡方检测表以及随机的干扰，结合 4.4.1 节阈取，设定的阈值为 2.6。.6 表示系统没有受到虚假数据注入攻击时的检测情况，从图中 g k 一直是处在阈值以下的。图4.7 为系统遭受 FDI 攻击时系值的综合指数 的变化曲线，显而易见，与系统不存在攻 大于预设的阈值，验证了本文所提出的攻击检测方法可以在虚假数据注入攻击的入侵行为。
【参考文献】：
期刊论文
[1]智能电网信息安全防御体系与信息安全测试系统构建 乌克兰和以色列国家电网遭受网络攻击事件的思考与启示[J]. 李中伟,佟为明,金显吉. 电力系统自动化. 2016(08)
[2]信息物理融合系统研究综述[J]. 王中杰,谢璐璐. 自动化学报. 2011(10)
[3]电力系统动态状态估计算法研究[J]. 陈焕远,刘新东,佘彩绮. 科学技术与工程. 2011(25)
[4]无迹卡尔曼滤波及其平方根形式在电力系统动态状态估计中的应用[J]. 卫志农,孙国强,庞博. 中国电机工程学报. 2011(16)
[5]混合量测下基于UKF的电力系统动态状态估计[J]. 李大路,李蕊,孙元章. 电力系统自动化. 2010(17)
[6]基于综合预测和自适应滤波器的电力系统动态状态估计[J]. 韩力,韩学山,陈芳. 电工技术学报. 2008(08)
博士论文
[1]智能电网配用电信息接入与负载调度研究[D]. 邓瑞龙.浙江大学 2014
[2]基于一致性的无线传感器网络时钟同步算法研究[D]. 何建平.浙江大学 2013
[3]无线传感器/执行器网络的体系结构与算法研究[D]. 曹向辉.浙江大学 2011
本文编号：3315301
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